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"Perfectionnements apportés ou relatifs à une matière magnétique à viscosité variable".
L'invention est relative à une matière magnétique à viscosité variable dont les propriétés physiques peuvent être changées sous l'influence d'un champ magnétique, et aux méthodes et appareils pour contrôler ou régler et utiliser les variations desdites propriétés physiques. Par exemple, la fluidité ou visco- sité apparente peut être modifiée en faisant varier l'intensité d'un champ magnétique pénétrant, de telle manière que la matière puisse passer d'une consistance fluide à une consistance à peu près solide, suivant l'intensité instantanée du champ. La capacité qu'a la matière d'adhérer à une matière pramagnétique ou ferroma- gnétique est aussi contrôlable ou réglable en faisant varier le
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champ magnétique pénétrant.
La capacité de la matière à s'opposer à une pénétration mécanique et à conserver une forme ou une con- formation donnée est aussi contrôlable ou réglable par l'applica- tion d'un champ magnétique. Un des objets principaux de l'inven- tion est de fournir une telle matière et les moyens de la contrô- ler ou régler suivant la volonté de l'opérateur* .
Une application de l'invention provient du besoin d'un embrayage à action rapide de longue durée pour lequel on exige une facilité de commande et une action positive. Ces caractéristiques ne se trouvent dans auxun embrayage standard disponible dans le commerce ou décrit dans la littérature sur la question. On a dé- terminé selon l'invention que lorsqu'un fluide visqueux consis- tant, par exemple, en un mélange de particules de fer dans l'hui- le, était soumis à l'action d'un champ magnétique, mn tel mélange montrait certaines propriétés nouvelles qui ne peuvent être obte- nues par un autre moyen connu ; exemple, la viscosité du mé- lange pouvait être contrôlée ou réglée lors de son passage de l'état normal plutôt fluide par divers degrés de fluidité jusqu'à une solidification virtuelle.
De plus, un tel fluide adhère très fortement aux surfaces magnétisées avec lesquelles il se trouve en contact et, en outre, il exerce de grandes forces de frotte- ment sur les matières magnétiques ou non qui sont forcées de se déplacer dans celui-ci. Cet embrayage est décrit dans la deman- de du même inventeur également en instance(n de série 783.426, déposée le 31 octobre 1947).
La nouvelle matière de l'invention a de nombreuses utilisations. Par exemple, le fluide magnétique peut être utilisé dans des dash-pots et autres systèmes similaires destinés à re- tarder un mouvement et la vitesse de fonctionnement de ces systè- mes peut être contrôlée ou réglée électriquement en faisant va- rier l'intensité d'un champ magnétique dans le fluide. La visco- sité effective du fluide augmente (avec un fluide convenablement constitué) quand l'intensité du champ magnétique augmente et vice
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versa de telle manière que la vitesse d'opération et les caracté- ristiques des dispositifs retardateurs de mouvements puissent être ainsi contrôlées ou réglées électriquement sans l'usage ou l'interposition d'éléments mécaniques.
On peut citer d'autres usages du fluide magnétique se- lon l'invention bien qu'ils soient destinés à illustrer plutôt qu'à limiter l'objet de \l'invention . Dans des dash-pots, la nature du fluide magnétique selon l'invention permet de contrôler la viscosité d'un tel fluide et par là la régulation de la nature de/la courbe temps-distance, de la courbe position-force,etc. Des systèmes absorbant de l'énergie constitués par un récipient rempli du fluide magnétique selon l'invention, dans lequel une ailette ou pale est montée à rotation, peuvent être construits de façon que la quantité d'énergie absorbée dans le système puisse être contrôlée ou réglée au moyen d'un champ magnétique appliqué dans le récipient.
Dans une autre application, on peut faire des gra- phiques à trois dimensions en plaçant une série d'indicateurs mécaniques dans des positions désirées et en ayant une partie de ces indicateurs immergés dans ledit fluide magnétique. Ce fluide magnétique convient aussi pour faire des moules comme, par exemple, ceux dans lesquels on coule du plâtre. Quand il est uti- lisé comme matière de moulage, un objet peut être partiellement immergé dans le fluide, une force magnétique appliquée et l'objet retiré, le fluide conservant alors une impression de la forme de l'objet. Quand la matière à mouler a été versée dans un moule et laissée à solidifier, la force magnétique peut être supprimée per- mettant ainsi au moule de s'écouler de la pièce coulée.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaî- tront dans la description suivante, dans laquelle: la figure 1 est une coupe schématique d'une masse de particules de fer mélangées à un fluide pour former un mélange ayant la consistance d'un-fluide épais ou de boue, à l'état non magnétisé; la figure 2 est une représentantion schématique simi-
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laire montrant l'effet de l'immersion d'un aimant dans le fluide et du retrait de l'aimant avec un peu de fluide qui y adhère; les figures 3 à 5 sont des sections schématiques mon- trant l'usage du fluide magnétique selon l'invention comme moule ou matrice; la figure 6 montre une disposition dans laquelle le un mélange magnétique peut être utilisé dansfdash-pot ou dans un absc beur de chocs à viscosité variable;
la figure 7 montre une disposition semblable à la fi- gure 5 mais avec une courbe temps-vitesse modifiée; la figure 8 montre l'emploi de la nouvelle matière dans un dispositif d'ajustement final; la figure 9 montre une application de l'invention à un système de freinage ou de dissipation d'énergie; la figure 10 montre l'usage de l'invention conjointe- ment avec un système graphique à trois dimensions et la figure 11 est une section schématique agrandie montrant les particules de fer distinctes complètement immergées dans le fluide.
En se référant aux figures 1,2 et 11, un aimant/est dans représenté à une certaine distance d'un vase 2/lequel se trouve un mélange d'huile 3 et de poudre de fer 4 ( représentée forte- ment agrandie), la surface du mélange étant située approximati- vement comme on le montre en 3a. La figure 2 montre le résultat de l'immersion de l'aimant 1 dans le mélange d'huile et de fer dans le vase 2. Quand on retire l'aimant, une masse de mélange 4a adhère au pôle de l'aimant. Le niveau du mélange 3a' dans le vase 2 est abaissée à cause de l'enlèvement de la matière 4a.
C'est une caractéristique:. de la matière 4a que lorsqu'elle ad- hère au pôle de l'aimant 1, elle semble à la vue et au touchef être une masse solide ayant à peu près la consistance du mastic. matière Quand on gratte cette xxxxxxx 4a sur le bord du vase 2, elle re-
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prend immédiatement son état liquide, s'écoulant sur la paroi de la coupe et se mélangeant rapidement au mélange d'huile et de fer 3,4.
L'attraction caractéristique du mélange de fluide magné- tique sur les surfaces magnétisées et la capacité de ce mélange de changer de viscosité suivant un champ magnétique appliqué avec un contrôle facilement commandé de l'extérieur, le rendent d'une importance particulière dans les applications à la construction de machines. Une de ces applications sont les embrayages dans les- quels deux pièces espacées relativement,sont bloquées ensemble ou relâchées l'une par rapport à l'autre par l'action de cette matiè-r re. Un tel emploi de la matière est complètement décrit dans la demande co-pendante du même inventeur mentionnée antérieurement.
Les liquides magnétisables sont connus, en particulier un liquide dans lequel une petite quantité de fer est mélangée à du mercure. On sait aussi que ces liquides magnétiques antérieurs étaient conçus pour que les propriétés physiques de la matière ne changent pas sous l'influence d'un champ magnétique ; tels fluides mange tiques furent conçus uniquement pour répondre par position à l'influence d'un aimant rapproché. On sait que d'au- tres liquides contenant des particules de fer ont été utilisés pour déceler des soufflures dans des pièces d'acier, mais, dans ce cas, des mélanges très légers furent utilisés de sorte que les particules de fer étaient distinctement visibles.
Le mélange de l'invention est constitué par de petites particules de matières paramagnétique ou ferromagnétique, mélan- gées à un fluide qui peut être un liquide ou un gaz refroidissant et antioxydant ou même un semi-solide comme la graisse. Bien que chacun de ces mélanges soit adapté pour être utilisé selon l'in- vention, il est préférable, pour le but décrit, d'utiliser un mé- lange constitué par environ 90% de poudre de fer et 10% en poids
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d'huile légère de machine.
Bien que n'importe quelle poudre de fer ou autre poudre magnétique puisse procurer l'effet désiré, on a obtenu, selon l'invention,de très bons résultats avec du fer carbonyle, comme celui vendu par la "General Aniline and Film Com- pany" de New-York sous le nom de "Carbonyl Iron Powders" dont la qualité E, de 8 microns en moyenne, a été trouvée être particuliè- rement satisfaisante. Le mélange de 90% de fer et 10% d'huile pro- duit un très léger excès d'huile après le dépôt des particules de fer à l'inspection visuelle. La perméabilité magnétique résultan- te de tels mélanges est d'environ huit comparée au vide.
Dans les mélanges de ce type, le fer a tendance à se déposer hors de l'huile si elles restent au repos pendant de lon- gues périodes. Comme les mélanges sont généralement employés dans des machines, ceci ne présente pas de difficulté particulière vu que les premiers mouvements de la machine remuent convenablement le mélange. Il est possible, cependant, de réduire ou d'éliminer la tendance au dépôt en utilisant un liquide de poids spécifique élevé ou en utilisant un fluide ayant une faible tension superfi- cielle pu en ajoutant à l'huile un agent mouillant pour réduire sa tension superficielle. On a trouvé en pratique que l'emploi d'un milieu de suspension de faible viscosité, tel que le kérosène. produit une plus grande fluidité et facilité de remuer le mélan- ge.
Inversément, on a aussi trouvé selon l'invention que l'usage d'un milieu de suspension de viscosité plus élevée, comme la grais se, a l'avantage de s'échauffer et de se fluidifier quand de l'é- nergie est dissipée dans un système utilisant le fluide électro- magnétique de l'invention, mais devient rapidement dense au re- froidissement, évitant ainsi le dépôt des particules de fer. Les graisses ayant des ruptures brusques dans leurs caractéristiques viscosité-température conviennent particulièrement bien pour un tel service. Si on craint de basses températures, on peut utili- ser des silicones liquides comme partie fluide du mélange ;
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ceciprocure aussi l'avantage d'une faible tension superficielle quand celle-ci est désirable.
Tandis que le mélange de 90% de fer et 10% d'huile dé- crit antérieurement est plus satisfaisant pour les applications réalisées, les proportions de fer peuvent tre fortement réduites quand il est nécessaire d'avoir des viscosités plus faibles. Une telle réduction dans la proportion de fer produit des forces de maintien plus petites sur les corps immergés ou en contact avec le fluide magnétique pour une force magnétomotrice donnée, mais par l'emploi de forces magnétisantes importantes, l'effet du mé- lange moins épais peut être quelque peu compensé. Pour des appli- cations dans lesquelles les vitesses et amplitudes du mouvement sont faibles, on peut utiliser avec avantage des mélanges contenant jusque 100% de fer.
Comme toute matière ferreuse a tendance à s'entasser en une masse solide immobile, ces mélanges sont mieux utilisés là où le fonctionnement normal tend à remuer constamment la masse.
Dans les figures 3 à 5, on montre l'emploi du fluide magnétique comme agent de moulage. Un récipient 11, contenant une quantité de mange magnétique 12, est entouré par une bobine 13 reliée à une source de courant convenable, telle que la batte- rie 14, l'intensité du champ pouvant être contrôlée par le rhéos- tat 16 et le commutateur 17. Un objet à reproduire, représenté sous la forme d'une vis 18, est placé dans le mélange pendant que celui-ci est à l'état fluide. Le commutateur 17 est alors fermé et un champ magnétique d'intensité suffisante traverse le mélange pour le solidifier. La vis est alors dévissée du mélange en laissant la cavité 19.
On verse alors dans la cavité de la cire fondue, du plâtre de Paris ou une autre matière convenable et, quand elle s'est durcie, l'intensité du champ est réduite à zéro et la réplique moulée de l'objet original peut être facile- ment retirée du fluide. Dans le cas qui vient d'être décrit, la réplique en cire ou autre matière peut être dévissée du mélange
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sans ramollir celui-ci et le moule peut être utilisé pour faire de nombreuses répliques de l'original. Il est évident que la tech- nique décrite est aussi applicable à d'autres méthodes connues de coulage, comme par exemple la méthode "à cire perdue" ou avec l'usage de moules en deux pièces de la manière connue, on peut couler des pièces de formes plus compliquées.
La figure 6 montre une combinaison de dash-pot-, ou une disposition d'absorbeur de chocs dans laquelle le plongeur 21 se déplace dans le fluide 22 dans un cylindre 23, un espace suffisant étant laissé entre le plongeur et la paroi du cylindre pour le passage du fluide 22 d'un côté du plongeur à l'autre, quand le plongeur se déplace dans le cylindre avec une vitesse diminuée par la présence du fluide. Il est évident que,toutes choses étant égales d'ailleurs, la vitesse de déplacement du plongeur dans le fluide diminuera quand la viscosité du fluide augmente et vice versa.
En utilisant le mélange magnétique de l'invention et en le soumettant à un champ magnétique au moyen d'une bobine comme précédemment, la viscosité effective du fluide peut être modifiée en faisant varier l'intensité du champ magnétique, et le taux de retard effectif ou d'absorption de chocs du système peut être contrôlé de façon correspondante de l'extérieur sans utiliser de commandes ou d'éléments mécaniques. Il est clair que le cylindre 23 peut être en matière non magnétique. Cependant, si le cylindre est en matière magnétique, le flux doit circuler entre le plon- geur et la paroi du cylindre. Dans ce cas, l'effet retardateur sera très prononcé.
La figure 7 montre une modification de l'idée appli- quée dans la figure 6. Dans cette figure, le plongeur 21 porte un bras de rhéostat 27 qui diminue la résistance du rhéostat 26 quand le plongeur descend. Ceci augmente le courant et par consé- quent l'intensité du champ et la résistance effective au déplace-
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ment du plongeur 21 devient une fonction de sa distance parcourue.
Il est évident que,grâce à cette méthode et à 1 emploi de résistan- ces convenablement calculées, on peut obtenir n'importe quelle caractéristique,,- désirée.
La figure 8 montre l'emploi du mélange de l'invention dans un système de réglage final ou systèmes de pointage pour té- lescopes, appareils photographiques, etc. Dans un tel système, par exemple, une caméra 41 peut être fixée sur un axe 42 portant une boule 48 qui est placée dans un récipient contenant le mélange magnétique contrôlable, comme dans les exemples précédents. Un croisillon 44 est représenté supportant d'une manière lâche la ca- mera de manière qu'elle ne puisse tomber et s'abîmer quand le mélan ge est à l'état fluide. Le récipient 42 peut être fixé sur un support fixe dans le cas d'un appareil fixe ou il peut être sup- porté par un trépied dans le cas d'un appareil portatif ; ce dernier cas, il faut utiliser une batterie portative comme sour- ce de courant.
Le rhéostat 46 fournit le réglage pour faire passer le mélange de l'état fluide à l'état solide. Avec le fluide à l'état solide, la caméra peut être déplacée librement à l'aide d'une main, l'autre main restant sur le rhéostat, jusqu'à ce qu'un réglage approximatif soit obtenu. Le mélange est alors par- tiellement solidifié et la caméra réglée avec plus de précision, ce qui se fera très facilement car la caméra résistera à de grands mouvements rapides mais pourra être facilement déplacée sur de petites distances. On peut continuer ce procédé jusqu'à ce que la caméra soit exactement en place ; ce moment, le mélan- ge est solidifié pour maintenir la caméra dans la position dési- rée. Il est évident que cette technique est applicable à une grande variété de systèmes de mise en place finale.
Il faut re- marquer qu'elle permet un mouvement limité des systèmes réglés dans toutes les directions, plans ou angles pour mettre l'appa- reil exactement en place et le fixer alors dans ladite position par une force uniformément appliquée dans toutes les directions
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sans le moindre choc ni déplacement.
La figure 9 montre l'application de l'invention à un système de freinage ou de dissipation d'énergie. L'énergie à dis- siper est transmise par l'axe 51 et la poulie 52, et au moyen d'une courroie 53 et d'une seconde poulie 54 à une roue à aubes 55 placée dans le fluide 62. Une bobine ou enroulement 63 est pourvu d'une source de courant contrôlable, comme précédemment, pour faire varier la résistance du mélange 62 à la rotation de la roue à aubes 55, et par conséquent pour contrôler la rotation ou la dissipation d'énergie de cette dernière.
La figure 10 montre l'usage de l'invention en relation avec un système de graphique à trois dimensions. Des points 71 sont enfoncées dans le mélange magnétique 72 contenu dans un réci- pient et contrôlé par un champ magnétique produit par l'enroule- ment 73 de la manière habituelle. Les pointes 71 sont ajustées à la main pour que la position de leurs têtes donne une représenta- tion graphique à trois dimensions d'une fonction désirée. Tout changement dans la valeur de la fonction peut être représenté par le changement de position des têtes des pointes 71 ; peut se faire à la main en ramollissant légèrement le mélange magnéti- que jusqu'au moment où une pointe peut être facilement retirée et sa position changée sans affecter les positions d'aucune autre pointe.
Quand les ajustements manuels sont terminés , la matière peut de nouveau être durcie par l'application d'un champ ' magné- tique d'intensité convenable et la nouvelle position sera alors maintenue indéfiniment.
Les exemples précédents: représentent seulement quelques- uns des nombreux usages auxquels la nouvelle matière magnétique peut être appliquée. Il est évident que la nouvelle matière peut être employée partout où ses caractéristiques particulières sont nécessaires et particulièrement la caractéristique de pouvoir pas- ser instantanément et sous contrôle électrique complet de l'état fluide par tous les stades de viscosité croissante à une matière
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fixe non fluide qui conservera ses caractéristiques solides aus- si longtemps que l'intensité du champ magnétique est maintenue à un niveau convenable.
Dans cette spécification et les revendications, le ter- me "viscosité apparente" est employé pour décrire la résistance offerte par la matière au changement de forme ou au mouvement relatif de ses parties, y compris le mouvement relatif entre la matière de l'invention et la surface de retenue, même sans chan- gement de forme. Cette dernière condition peut se présenter, par exemple, quand la matière est utilisée dans un embrayage, puis- que dans ce cas, il ne se produira acun changement apparent de forme ou de mouvement relatif des particules de la matière elle- même, bien que sa résistance au mouvement relatif des pièces méca- niques puisse être augmentée à volonté.
Il semble aussi que la "viscosité apparente" de la matière suivant l'invention diffère aussi de la viscosité des fluides ordinaires en ce qu'elle com- porte une certaine quantité d'attraction magnétique interne entre les particules ferromagnétiques qui doit être surmontée quand les particules se déplacent les unes par rapprt aux autres. Ceci agit, évidemment, en plus des facteurs usuels qui affectent la vis cosité.
On ne sait pas avec certitude quels sont tous les fac- teurs qui ont une influence sur la "viscosité apparente" de la matière selon l'invention et par conséquent on n'utilise pas, pour la précision, le terme "viscosité"seul dans ce cas ; dant, la "viscosité apparente" de la matière peut être mesurée à tous les stades par des moyens semblables à ceux employés pour mesurer la viscosité et elle se comporte suivant toutes les appa- rences essentiellement comme la viscosité ordinaire, sauf que la "viscosité apparente" sous l'influence d'un champ magnétique est anisotropique, c'est-à-dire que l'on a constaté que la "viscosité apparente" dans la direction du champ magnétique est inférieure à celle dans une direction normale au champ magnétique.
Une autre différence est qu'il faut habituellement une force d'une valeur
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définie pour démarrer le mouvement dans cette matière quand elle est magnétisée. Cet effet se rapproche plus du frottement à sec que d'une traînée visqueuse. En utilisant le terme "viscosité apparente", on veut comprendre tous les stades de consistance de- puis un fluide très léger jusqu'à une matière complètement non fluide.
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"Improvements made or relating to a magnetic material with variable viscosity".
The invention relates to a magnetic material of variable viscosity whose physical properties can be changed under the influence of a magnetic field, and to methods and apparatus for controlling or regulating and using the variations of said physical properties. For example, the apparent fluidity or viscosity can be altered by varying the intensity of a penetrating magnetic field, so that the material can change from a fluid consistency to an approximately solid consistency, depending on the consistency. instantaneous field strength. The ability of the material to adhere to a pramagnetic or ferromagnetic material is also controllable or adjustable by varying the
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penetrating magnetic field.
The ability of matter to resist mechanical penetration and to retain a given shape or conformation is also controllable or adjustable by the application of a magnetic field. One of the main objects of the invention is to provide such a material and the means to control or adjust it according to the will of the operator *.
One application of the invention arises from the need for a fast acting clutch of long duration for which ease of control and positive action are required. These features are not found in a standard commercially available clutch or described in the literature on the subject. It has been determined according to the invention that when a viscous fluid consisting, for example, of a mixture of iron particles in oil, is subjected to the action of a magnetic field, such as mixture showed certain new properties which cannot be obtained by any other known means; For example, the viscosity of the mixture could be controlled or adjusted as it went from the normal rather fluid state by varying degrees of fluidity to virtual solidification.
In addition, such a fluid adheres very strongly to the magnetized surfaces with which it is in contact and, moreover, it exerts great frictional forces on the magnetic and non-magnetic materials which are forced to move therein. This clutch is described in the also pending application of the same inventor (serial no. 783.426, filed October 31, 1947).
The novel material of the invention has many uses. For example, the magnetic fluid can be used in dash-pots and other similar systems intended to retard movement and the speed of operation of these systems can be controlled or regulated electrically by varying the intensity of d. 'a magnetic field in the fluid. The effective viscosity of the fluid increases (with a suitably constituted fluid) when the intensity of the magnetic field increases and vice versa.
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versa in such a way that the speed of operation and the characteristics of the movement delay devices can thus be controlled or regulated electrically without the use or interposition of mechanical elements.
Other uses of the magnetic fluid according to the invention may be cited although they are intended to illustrate rather than limit the object of the invention. In dash-pots, the nature of the magnetic fluid according to the invention makes it possible to control the viscosity of such a fluid and thereby the regulation of the nature of the time-distance curve, of the position-force curve, etc. Energy absorbing systems consisting of a container filled with the magnetic fluid according to the invention, in which a fin or blade is rotatably mounted, can be constructed so that the amount of energy absorbed in the system can be controlled or regulated by means of a magnetic field applied in the container.
In another application, three-dimensional graphics can be made by placing a series of mechanical indicators in desired positions and having a portion of these indicators immersed in said magnetic fluid. This magnetic fluid is also suitable for making molds such as, for example, those in which plaster is poured. When used as a molding material, an object can be partially immersed in the fluid, magnetic force applied and the object removed, the fluid then retaining an impression of the shape of the object. When the molding material has been poured into a mold and allowed to solidify, the magnetic force can be removed thereby allowing the mold to flow from the casting.
Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description, in which: FIG. 1 is a schematic sectional view of a mass of iron particles mixed with a fluid to form a mixture having the consistency of an iron. - thick fluid or mud, in the non-magnetized state; Figure 2 is a similar schematic representation
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area showing the effect of immersing a magnet in the fluid and removing the magnet with some fluid adhering to it; Figures 3 to 5 are schematic sections showing the use of the magnetic fluid according to the invention as a mold or die; Fig. 6 shows an arrangement in which a magnetic mixture can be used in a dash-pot or in a variable viscosity shock absorber;
Figure 7 shows an arrangement similar to Figure 5 but with a modified time-speed curve; Figure 8 shows the use of the new material in a final adjustment device; FIG. 9 shows an application of the invention to a braking or energy dissipation system; Figure 10 shows the use of the invention in conjunction with a three-dimensional graphics system and Figure 11 is an enlarged schematic section showing the distinct iron particles completely submerged in the fluid.
Referring to figures 1, 2 and 11, a magnet / is shown at a certain distance from a vessel 2 / which is a mixture of oil 3 and iron powder 4 (shown greatly enlarged), the surface of the mixture being located approximately as shown in 3a. Figure 2 shows the result of the immersion of the magnet 1 in the mixture of oil and iron in the vessel 2. When the magnet is removed, a mass of mixture 4a adheres to the pole of the magnet. The level of the mixture 3a 'in the vessel 2 is lowered due to the removal of the material 4a.
It is a characteristic :. of the material 4a that when it adheres to the pole of the magnet 1 it appears to the eye and to the touch to be a solid mass having approximately the consistency of putty. material When we scratch this xxxxxxx 4a on the edge of vase 2, it
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immediately takes on its liquid state, flowing over the wall of the cup and rapidly mixing with the mixture of oil and 3,4-iron.
The characteristic attraction of the mixture of magnetic fluid to magnetized surfaces and the ability of this mixture to change viscosity following an applied magnetic field with easily controlled control from the outside, make it of particular importance in applications. machine building. One of these applications are clutches in which two relatively spaced parts are locked together or released relative to each other by the action of this material. Such use of the material is fully described in the co-pending application of the same inventor mentioned above.
Magnetizable liquids are known, in particular a liquid in which a small amount of iron is mixed with mercury. It is also known that these earlier magnetic liquids were designed so that the physical properties of matter did not change under the influence of a magnetic field; such tick-eating fluids were designed only to respond by position to the influence of a close magnet. It is known that other liquids containing iron particles were used to detect blowholes in pieces of steel, but in this case very light mixtures were used so that the iron particles were clearly visible. .
The mixture of the invention consists of small particles of paramagnetic or ferromagnetic material, mixed with a fluid which may be a cooling and antioxidant liquid or gas or even a semi-solid such as fat. Although each of these mixtures is suitable for use according to the invention, it is preferable for the described purpose to use a mixture consisting of about 90% iron powder and 10% by weight.
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light machine oil.
Although any iron powder or other magnetic powder can provide the desired effect, very good results have been obtained according to the invention with carbonyl iron, such as that sold by the "General Aniline and Film Company. pany "from New York under the name" Carbonyl Iron Powders "whose E grade, averaging 8 microns, has been found to be particularly satisfactory. The mixture of 90% iron and 10% oil produces a very slight excess of oil after depositing the iron particles on visual inspection. The resulting magnetic permeability of such mixtures is about eight compared to vacuum.
In mixtures of this type, iron tends to settle out of the oil if they are left standing for long periods. As mixtures are generally employed in machines, this does not present any particular difficulty since the first movements of the machine stir the mixture well. It is possible, however, to reduce or eliminate the tendency to deposit by using a liquid of high specific gravity or by using a fluid having a low surface tension or by adding a wetting agent to the oil to reduce its tension. superficial. It has been found in practice that the use of a low viscosity suspending medium, such as kerosene. produces greater fluidity and ease of stirring the mixture.
Conversely, it has also been found according to the invention that the use of a suspension medium of higher viscosity, such as grease, has the advantage of heating up and of becoming fluid when energy is present. dissipated in a system using the electromagnetic fluid of the invention, but quickly becomes dense on cooling, thus avoiding the deposition of iron particles. Greases having sudden breaks in their viscosity-temperature characteristics are particularly suitable for such service. If low temperatures are feared, liquid silicones can be used as the fluid part of the mixture;
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this also provides the advantage of low surface tension where this is desirable.
While the mixture of 90% iron and 10% oil described above is more satisfactory for the applications carried out, the proportions of iron can be greatly reduced when it is necessary to have lower viscosities. Such a reduction in the proportion of iron produces smaller holding forces on bodies submerged or in contact with the magnetic fluid for a given magnetomotive force, but by the use of large magnetizing forces the effect of the mixture is less. thick can be somewhat compensated. For applications in which the speeds and amplitudes of movement are low, it is advantageous to use mixtures containing up to 100% iron.
As all ferrous material tends to pile up into a solid, still mass, these mixtures are best used where normal operation tends to constantly stir the mass.
In Figures 3 to 5, the use of magnetic fluid as a molding agent is shown. A receptacle 11, containing a quantity of magnetic mange 12, is surrounded by a coil 13 connected to a suitable current source, such as battery 14, the strength of the field being able to be controlled by the rheostat 16 and the switch 17. An object to be reproduced, shown in the form of a screw 18, is placed in the mixture while it is in the fluid state. Switch 17 is then closed and a magnetic field of sufficient intensity passes through the mixture to solidify it. The screw is then unscrewed from the mixture, leaving the cavity 19.
Molten wax, plaster of paris or other suitable material is then poured into the cavity and, when it has hardened, the field strength is reduced to zero and the cast replica of the original object can be easy. - ment removed from the fluid. In the case which has just been described, the wax replica or other material can be unscrewed from the mixture.
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without softening this one and the mold can be used to make many replicas of the original. It is evident that the described technique is also applicable to other known casting methods, such as for example the "lost wax" method or with the use of two-piece molds in the known manner, it is possible to cast molds. more complicated shaped parts.
Figure 6 shows a dash-pot- combination, or shock absorber arrangement in which the plunger 21 moves through the fluid 22 in a cylinder 23, sufficient space being left between the plunger and the cylinder wall for the passage of the fluid 22 from one side of the plunger to the other, when the plunger moves in the cylinder with a speed reduced by the presence of the fluid. It is obvious that, all other things being equal, the speed of movement of the plunger in the fluid will decrease as the viscosity of the fluid increases and vice versa.
By using the magnetic mixture of the invention and subjecting it to a magnetic field by means of a coil as before, the effective viscosity of the fluid can be changed by varying the intensity of the magnetic field, and the effective retardation rate. or shock absorption system can be correspondingly controlled from the outside without using any controls or mechanical elements. It is clear that the cylinder 23 can be made of a non-magnetic material. However, if the cylinder is made of magnetic material, the flux must circulate between the plunger and the wall of the cylinder. In this case, the retarding effect will be very pronounced.
Figure 7 shows a modification of the idea applied in Figure 6. In this figure, the plunger 21 carries a rheostat arm 27 which decreases the resistance of the rheostat 26 as the plunger descends. This increases the current and hence the field strength and the effective resistance to displacement.
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ment of the diver 21 becomes a function of his distance traveled.
It is evident that, by this method and by the use of suitably calculated resistances, any desired characteristic can be obtained.
Figure 8 shows the use of the mixture of the invention in a final adjustment system or pointing systems for telescopes, cameras, etc. In such a system, for example, a camera 41 can be fixed on an axis 42 carrying a ball 48 which is placed in a container containing the controllable magnetic mixture, as in the previous examples. A spider 44 is shown loosely supporting the camera so that it cannot fall and be damaged when the mixture is in a fluid state. The container 42 can be fixed on a fixed support in the case of a fixed device or it can be supported by a tripod in the case of a portable device; in the latter case, a portable battery must be used as the power source.
Rheostat 46 provides the adjustment to change the mixture from a fluid state to a solid state. With the fluid in the solid state, the camera can be moved freely using one hand, with the other hand remaining on the rheostat, until a rough adjustment is achieved. The mixture is then partially solidified and the camera adjusted more precisely, which will be done very easily because the camera will withstand large, rapid movements but can be easily moved over short distances. You can continue this process until the camera is exactly in place; At this point, the mixture is solidified to hold the camera in the desired position. Obviously, this technique is applicable to a wide variety of final delivery systems.
It should be noted that it allows a limited movement of the regulated systems in all directions, planes or angles to put the apparatus exactly in place and then fix it in said position by a force uniformly applied in all directions.
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without the slightest shock or displacement.
FIG. 9 shows the application of the invention to a braking or energy dissipation system. The energy to be dissipated is transmitted by the shaft 51 and the pulley 52, and by means of a belt 53 and a second pulley 54 to a paddle wheel 55 placed in the fluid 62. A coil or winding 63 is provided with a controllable current source, as before, to vary the resistance of the mixture 62 to the rotation of the impeller 55, and therefore to control the rotation or the energy dissipation of the latter.
Figure 10 shows the use of the invention in relation to a three-dimensional graphics system. Points 71 are driven into the magnetic mixture 72 contained in a vessel and controlled by a magnetic field produced by the coil 73 in the usual manner. The tips 71 are adjusted by hand so that the position of their heads gives a three-dimensional graphical representation of a desired function. Any change in the value of the function can be represented by the change in position of the heads of the tips 71; can be done by hand by slightly softening the magnetic mixture until one point can be easily removed and its position changed without affecting the positions of any other point.
When the manual adjustments are complete, the material can again be hardened by the application of a magnetic field of suitable strength and the new position will then be maintained indefinitely.
The preceding examples: represent only a few of the many uses to which the new magnetic material can be applied. It is obvious that the new material can be used wherever its particular characteristics are needed and particularly the characteristic of being able to pass instantaneously and under complete electrical control from the fluid state through all the stages of increasing viscosity to a material.
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fixed non-fluid which will retain its solid characteristics as long as the magnetic field strength is maintained at a suitable level.
In this specification and the claims, the term "apparent viscosity" is used to describe the resistance offered by the material to the change of shape or to the relative movement of its parts, including the relative movement between the material of the invention and the retaining surface, even without change of shape. The latter condition may arise, for example, when the material is used in a clutch, since in this case no apparent change in shape or relative motion of the particles of the material itself will occur, although its resistance to the relative movement of mechanical parts can be increased at will.
It also appears that the "apparent viscosity" of the material according to the invention also differs from the viscosity of ordinary fluids in that it has a certain amount of internal magnetic attraction between the ferromagnetic particles which must be overcome when particles move relative to each other. This, of course, acts in addition to the usual factors which affect the screw cosity.
It is not known with certainty which are all the factors which have an influence on the "apparent viscosity" of the material according to the invention and therefore the term "viscosity" alone is not used for precision. that case ; therefore, the "apparent viscosity" of the material can be measured at all stages by means similar to those employed for measuring viscosity and it behaves in all appearances essentially like ordinary viscosity, except that "apparent viscosity "under the influence of a magnetic field is anisotropic, that is, it has been found that the" apparent viscosity "in the direction of the magnetic field is lower than that in a direction normal to the magnetic field.
Another difference is that it usually takes a force worth
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set to start movement in this material when it is magnetized. This effect is closer to dry friction than to viscous drag. By using the term "apparent viscosity" it is meant to understand all stages of consistency from very light fluid to completely non-fluid material.